Objetivos

Descrever o calor latente como uma forma de energia

Pedidas

Pontos-Chave

• Energia é necessária para mudar a fase de uma substância, tais como a energia para quebrar as ligações entre as moléculas em um bloco de gelo, de modo que ele pode derreter.durante uma mudança de fase, a minha energia será adicionada ou subtraída de um sistema, mas a temperatura não mudará. A temperatura só mudará quando a mudança de fase tiver terminado.
• O calor Q necessária para alterar a fase de uma amostra de massa m é dada por \text{Q}=\text{mL}_{\text{f}} (de fusão ou ponto de congelamento) e \text{Q}=\text{mL}_{\text{v}} (evaporação ou condensação), onde Lf e Lv são o calor latente de fusão e o calor latente de vaporização, respectivamente.calor latente de fusão: a energia necessária para a transição de uma unidade de uma substância do sólido para o líquido; equivalentemente, a energia liberada quando uma unidade de uma substância transita do líquido para o sólido.calor latente de vaporização: a energia necessária para a transição de uma unidade de uma substância do líquido para o vapor; equivalentemente, a energia liberada quando uma unidade de uma substância transita do vapor para o líquido.
• sublimação: a transição de uma substância da fase sólida diretamente para o estado de vapor, que ele não passa através de intermediários, fase líquida

Melting Icicle: Heat from the air transfers to the ice causing it to melt.

energia é necessária para derreter um sólido porque as ligações coesas entre as moléculas do sólido devem ser quebradas para que as moléculas possam se mover em torno de energias cinéticas comparáveis; assim, não há aumento na temperatura. Da mesma forma, a energia é necessária para vaporizar um líquido, porque as moléculas de um líquido interagem entre si através de forças atraentes. Não há mudança de temperatura até que uma mudança de fase esteja completa. A temperatura de um copo de limonada inicialmente a 0 ° C permanece a 0 ° C até todo o gelo derreter. Inversamente, a energia é liberada durante a congelação e condensação, geralmente na forma de energia térmica. O trabalho é feito por forças coesas quando as moléculas são reunidas. A energia correspondente deve ser libertada (dissipada) para que possam permanecer juntos.

A energia envolvida numa mudança de fase depende de dois factores principais: o número e a resistência de ligações ou pares de forças. O número de ligações é proporcional ao número de moléculas e, portanto, à massa da amostra. A força das forças depende do tipo de moléculas. O calor Q necessária para alterar a fase de uma amostra de massa m é dada por

\text{Q}=\text{mL}_{\text{f}} (de fusão ou ponto de congelamento)

\text{Q}=\text{mL}_{\text{v}} (evaporação ou condensação)

, onde o calor latente de fusão Lf, e o calor latente de vaporização, Lv, são constantes de materiais que são determinados experimentalmente.

Transições de Fase: (a) a Energia é necessária parcialmente superar as forças atrativas entre as moléculas de um sólido para formar um líquido. Essa mesma energia deve ser removida para que a congelação ocorra. B) As moléculas são separadas por grandes distâncias quando vão de líquido a vapor, necessitando de energia significativa para superar a atração molecular. A mesma energia deve ser removida para a condensação ocorrer. Não há mudança de temperatura até que uma mudança de fase esteja completa.o calor latente é uma propriedade intensiva medida em unidades de J/kg. Tanto a Lf como a Lv dependem da substância, em especial da força das suas forças moleculares, como referido anteriormente. Lf e Lv são coletivamente chamados coeficientes de calor latentes. Eles são latentes, ou ocultos, porque em mudanças de fase, a energia entra ou sai de um sistema sem causar uma mudança de temperatura no sistema; então, com efeito, a energia é escondida. Note que o derretimento e a vaporização são processos endotérmicos na medida em que absorvem ou necessitam de energia, enquanto a congelação e a condensação são processos exotérmicos na medida em que libertam energia.

Heating Up Ice: Andrew Vanden Heuvel explora o calor latente ao tentar arrefecer a sua soda.quantidades significativas de energia estão envolvidas em mudanças de fase. Vamos ver, por exemplo, o quanto de energia é necessária para derreter um kg de gelo a 0 ° C para produzir um quilograma de água de 0°C. Usando a equação para uma mudança na temperatura e o valor para a água (334 kJ/kg), vemos que P=mLf=(1,0 kg)(334kJ/kg)=334kJ é a energia para derreter um quilo de gelo. Esta é uma grande quantidade de energia, pois representa a mesma quantidade de energia necessária para elevar a temperatura de 1 kg de água líquida de 0ºC para 79,8 ºC. Ainda mais energia é necessária para vaporizar a água; seria necessário 2256 kJ para mudar 1 kg de água líquida no ponto de ebulição normal (100ºC à pressão atmosférica) para vapor (vapor de água). Este exemplo mostra que a energia para uma mudança de fase é enorme em comparação com a energia associada a mudanças de temperatura sem uma mudança de fase.as alterações de fase podem ter um enorme efeito estabilizador (ver figura abaixo). Considere adicionar calor a uma taxa constante a uma amostra de gelo inicialmente a -20 ºC. Inicialmente, a temperatura do gelo sobe linearmente, absorvendo calor a uma taxa constante de 0,50 cal / g⋅C até atingir 0 ºC. Uma vez a esta temperatura, o gelo começa a derreter até toda a amostra ter derretido, absorvendo um total de 79,8 cal/g de calor. A temperatura permanece constante a 0 ° C durante esta mudança de fase. Uma vez que todo o gelo tenha derretido, a temperatura da água líquida sobe, absorvendo calor a uma nova taxa constante de 1,00 cal/g⋅C (lembre-se que os aquecimentos específicos são dependentes da fase). A 100ºC, a água começa a ferver e a temperatura permanece constante até que a água absorva 539 cal/g de calor para completar esta mudança de fase. Quando todo o líquido tornou-se vapor, a temperatura sobe novamente, de absorção de calor a uma taxa de 0.482 cal/g⋅C.

Aquecimento e Mudanças de Fase da Água: Um gráfico de temperatura versus energia adicionada. O sistema é construído de modo que nenhum vapor evapora enquanto o gelo aquece para se tornar água líquida, e de modo que, quando a vaporização ocorre, o vapor permanece no sistema. Os longos períodos de valores de temperatura constante a 0ºC e 100ºC refletem o grande calor latente de fusão e vaporização, respectivamente.

uma mudança de fase que negligenciamos mencionar até agora é a sublimação, a transição de sólido diretamente em vapor. O caso oposto, onde transições de vapor diretamente em um sólido, é chamado de deposição. Sublimação tem seu próprio ls de calor latente e pode ser usado da mesma forma que Lvand Lf.